4.2 Analisa Beban Pendingin
Sebelum dilakukan perhitungan terhadap beban pendingin, terlebih dahulu dilakukan percobaan terlebih dahulu untuk memperoleh sejumlah data. Data
temperatur pada dinding pendingin dan pada buah dan sayur dapat diperoleh dari data akusisi alat termokopel. Sedangkan besar nilai temperatur lingkungan dan
kelembaban udara dapat diperoleh dari alat HOBO. Misalkan perhitungan beban pendingin mesin pendingin pada tanggal 13
Januari jam 01.00. Melalui percobaan diperoleh data sebagai berikut. - T
1
= Temperatur dinding belakang jam 01.00 = 25.06 °C - T
2
= Temperatur dinding kanan jam 01.00 = 24,90°C - T
3
= Temperatur dinding kiri jam 01.00 = 25,3°C - T
∞1
= Temperatur buah jam 01.00 = 25,3°C
- T
∞2
= Temperatur sayur jam 01.00 = 24,9°C - T
o
= Temperatur ruangan drybulb jam 01.00 = 30.1 °C - T
0 rata- rata
= Temperatur rata- rata = 304.62 K - RH = Rasio Humiditas rata- rata = 98,2
Melalui data diatas , dihitung terlebih dahulu panas sensibel dan laten akibat infiltrasi kebocoran udara.
Asumsi : - N = Banyak pembukaan lemari pendingin = 1 kali jam
- μ = Standar kebocoran udara = 2,8 m
3
- P
atm
= Tekanan atmosfer = 101325 Pa - w
1
= 0,0104 kg uap kg udara
Pertama- tama dihitung terlebih dahulu besar tekanan uap saturasi P
ws
, dengan rumus :
ln p
ws
= C
1
T +
C
2
+ C
3
T +
C
4
T
2
+ C
5
T
3
+ C
6
lnT ....................... 4-4
Universitas Sumatera Utara
Dimana : p
ws
= tekanan uap saturasi Pa C
1
= konstanta sebesar -5,8002206 x 10
3
C
2
= konstanta sebesar 1,3914993 C
3
= konstanta sebesar 4,8640239 x 10
-2
C
4
= konstanta sebesar 4,1764768 x 10
-5
C
5
= konstanta sebesar -1,4452093 x 10
-8
C
6
= konstanta sebesar 6,5459673 T = T
o rata- rata
= Temperatur rata- rata K
Sehingga diperoleh :
Selanjutnya dihitung besar tekanan parsial uap air p
w
dengan rumus :
p
w
= RH
´ p
ws
.............................................. 4-5 Dimana :
p
w
= tekanan parsial uap air Pa RH = kelembaban udara
p
ws
= tekanan uap saturasi Pa Sehingga diperoleh :
Pa p
p p
RH p
w w
ws w
2 4619,91294
132052 .
4655 2
, 98
Dengan adanya nilai tekanan parsial uap udara, didapat hitung besar kelembaban udara ruangan yaitu dengan rumus :
Pa
Universitas Sumatera Utara
w ATM
w
p p
p w
62198 ,
.................................. 4-5
Dimana : w
o
= kelembaban udara ruangan kg uap kg udara p
w
= tekanan parsial uap air Pa p
atm
= tekanan atmosfer Pa Sehingga diperoleh :
3 0,02915406
245228 ,
3533 101325
245228 ,
3533 62198
, 62198
,
w w
p p
p w
w ATM
w
Laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan pendingin dihitung dengan rumus :
Q =
N ´
m
´ 1000
3600 ........................................... 4-6
Dimana : Q = laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan pendingin
N = Banyak pembukaan lemari pendingin μ = Standar kebocoran udara
Sehingga diperoleh :
watt Q
Q N
Q
777777778 ,
3600 1000
8 ,
2 1
3600 1000
Universitas Sumatera Utara
Setelah diperoleh semua perhitungan diatas, dapat dihitung panas sensible Q
s
dan laten Q
l
dengan persamaan 2-1 dan 2-2. Sehingga diperoleh :
watt Q
Q T
T Q
Q
s s
s
0124235333 ,
7 205
, 24
536 ,
31 7778
, 23
, 1
23 ,
1
1
Dan
watt 02
28,2623457 0104
, 022472323
, 7778
, 3010
3010
1
l l
l
Q Q
w w
Q Q
Setelah menghitung besar beban pendingin akibat infiltrasi, maka selajutnya dihitung pula besar beban pendingin total. Besar beban pendingin total berasal dari
konveksi, konduksi dan radiasi. 4.2.1 Beban Pendingin Akibat Terjadinya Konveksi
Konveksi yang terjadi pada mesin pendingin ini adalah konveksi alamiah. Besar kecilnya konveksi ini bergantung pula pada banyak hal, seperti temperatur
pendingin dan koefisien konveksi. Konveksi terjadi pula pada sisi depan, belakang,
kiri, kanan dan atas daripada tangki aluminium dan pipa tembaga,goni dan kayu.
Diketahui : - T
∞
= Temperatur dalam mesin pendingin = 25,1°C - T
s
= Temperatur rata- rata dinding pendingin = 25,06°C - T
f
= Temperatur antara dinding pendingin dengan dalam pendingin =
298,8
K - T
Al
= Temperatur Air dalam Tangki = 24,45 C
- T
cop
= Temperatur Permukaan Pipa Tembaga = 24,9 dan 25,3 °C - Properti udara pada T
f
= 300 K :
[21]
ρ = 1,1614 kgm
3
c
p
= 1.007 kJkg . K
Universitas Sumatera Utara
v = 0,00001589 m
2
s k = 0,0263 Wm. K
α= 0,0000225 m
2
s β = 0,003333333 K
-1
P
r
= 0,707 - Properti air pada Tf = 300 K
[21]
U
f
= 113,24kJkg v
f
= 1,0034 x 10
-3
m3kg h
f
= 113,25 kJkg - g = Gravitasi bumi = 9,8 ms
2
- p = panjang lemari pendingin = 0,47 m - l = lebar lemari pendingin = 0,52 m
- t = tinggi lemari pendingin = 1,5 m - t
triplek
= tebal triplek = 0,01 m
Melalui data di atas dapat dihitung besar Bilangan Rayleigh Rayleigh Number R
al
. Perhitungan dihitung dengan persamaan 2-6. Besar angka Rayleigh berbeda- beda pada tiap sisi akibat perbedaan luas permukaan. Oleh karena itu
dilakukan perhitungan secara terpisah.
Besar Rayleigh Number untuk dinding depan dan belakang adalah :
8 152622613,
00001589 ,
0000225 ,
5 ,
1 1
, 25
1 06
, 25
00333 ,
8 ,
9
1 3
1
al al
R R
Besar Rayleigh Number untuk dinding atas adalah :
6 9169987,05
00001589 ,
0000225 ,
47 ,
1 ,
25 1
06 ,
25 00333
, 8
, 9
1 2
3 1
2
al al
R R
dan
Universitas Sumatera Utara
1 12418958,6
00001589 ,
0000225 ,
52 ,
1 ,
25 1
25 00333
, 8
, 9
2 2
3 2
2
al al
R R
Besar Rayleigh Number untuk dinding kiri dan kanan adalah :
8 152622613,
00001589 ,
0000225 ,
5 ,
1 1
, 25
1 06
, 25
00333 ,
8 ,
9
3 3
3
al al
R R
Jika nilai R
al
berada di antara 10
4
dan 10
9
, maka ini merupakan aliran laminar. Sedangkan jika nilai R
al
berada di antara 10
9
dan 10
12
, maka aliran yang terjadi adalah aliran tubulen. Karena nilai R
al
di atas diantara 10
4
sampai 10
9
maka termasuk aliran laminar, sehingga perhitungan bilangan Nussel menggunakan persamaan 2-7.
Sehingga diperoleh :
5 57,8105604
707 ,
492 ,
1 8
152622613, 387
, 825
,
1 2
27 8
16 9
6 1
1
uL uL
N N
9 28,9649843
707 ,
492 ,
1 097
, 4628383
387 ,
825 ,
1 2
2
27 8
16 9
6 1
1 2
uL uL
N N
Universitas Sumatera Utara
4 31,1930104
707 ,
492 ,
1 95
, 15620792
387 ,
825 ,
2 2
2
27 8
16 9
6 1
2 2
uL uL
N N
5 57,8105604
707 ,
492 ,
1 8
152622613, 387
, 825
,
3 2
27 8
16 9
6 1
3
uL uL
N N
Setelah diperoleh nilai bilangan Nusselt, didapat menghitung besar koefisien konveksi dan besar konveksi dengan persamaan 2-9 dan 2-5.
kJkg. 1,267
5 ,
1 0263
, 8105604
, 57
1 1
h
h
kJkg. 1,62
47 ,
0263 ,
8105604 ,
57
1 2
1 2
h
h
kJkg. 1,57
52 ,
0263 ,
8105604 ,
57
2 2
2 2
h
h
kJkg. 1,266
5 ,
1 0263
, 8105604
, 57
3 3
h
h
watt 4
0,91634520 4135
, 24
1 205
, 24
2 ,
1 4
, 205971263
, 1
2
1 1
konv konv
Q Q
Universitas Sumatera Utara
watt 6
0,01020872 4135
, 24
1 205
, 24
01 ,
4 ,
205971263 ,
1
1 2
1 2
konv konv
Q Q
watt 9
0,01472772 4135
, 24
1 205
, 24
01 ,
6 ,
205971263 ,
1
2 2
2 2
konv konv
Q Q
watt 3
1,26710478 4135
, 24
1 205
, 24
6 ,
4 ,
205971263 ,
1 2
3 3
konv konv
Q Q
4.2.2 Beban Pendingin Akibat Terjadinya Konduksi Dalam perhitungan konduksi, terlebih dahulu perlu diketahui konduktivitas
termal suatu barang atau material. Dalam hal ini, konduktivitas termal yang akan diperlukan adalah kayu jati dan kain goni. Berikut ini adalah beberapa data yang telah
diketahui sebelumnya, yaitu : - k
kayu
= konduktivitas termal kayu surian = 0,09 Wm. K pada suhu 300K - k
goni
= konduktivitas termal kain goni = 0,06 Wm. K pada suhu 300K - k
aluminium
=konduktivitas termal aluminium = 205 Jm.
o
C - k
tembaga
= konduktivitas termal tembaga =109 Jm.
o
C
- p
kayu
= panjang kayu lemari = 0,47 m - l
kayu
= lebar kayu lemari = 0,52 m - t
kayu
= tinggi kayu lemari = 1,5m - L
kayu
= tebal kayu lemari = 0,025 m - p
triplek
= panjang kayu triplek = 0,45 m - l
triplek
= lebar kayu triplek = 0,5 m - t
triplek
= tinggi kayu triplek = 0,01 m - p
goni
= panjang goni = 0,45 m - l
goni
= lebar goni = 0,52 m - t
goni
= tinggi goni = 1,7 m - L
goni
= tebal goni = 0,001 m
Universitas Sumatera Utara
Melalui data di atas, dapat dihitung besar konduksi dari tiap sisi lemari yang terjadi pada kayu lemari dan goni. Perhitungan konduksi dihitung dengan rumus pada
persamaan 2-4.
- Besar konduksi kayu pada sisi kiri dan kanan dinding lemari
watt 4,42
035 ,
205 ,
24 536
, 31
5 ,
1 5
, 5
, 1
52 ,
09 ,
2
1 1
kondkayu kondkayu
Q Q
- Besar konduksi goni pada sisi kiri dan kanan dinding lemari
watt 384,6528
001 ,
205 ,
24 53
, 31
5 ,
1 5
, 06
, 2
1 1
kondgoni kondgoni
Q Q
- Besar konduksi kayu pada sisi depan dan belakang dinding lemari
watt 11,5711522
035 ,
205 ,
24 536
, 31
5 ,
1 47
, 47
, 52
, 09
, 2
3 3
kondkayu kondkayu
Q Q
- Besar konduksi goni pada sisi depan dan belakang dinding lemari
watt 420,2026
001 ,
205 ,
24 536
, 31
5 ,
1 47
, 06
, 2
3 3
kondgoni kondgoni
Q Q
- Besar konduksi kayu pada sisi atas lemari pendingin
watt 6
0,02246093 035
, 205
, 24
536 ,
31 01
, 6
, 12
, 2
1 2
1 2
kondkayu kondkayu
Q Q
watt 1,6538736
035 ,
205 ,
24 536
, 31
2 ,
1 47
, 12
, 2
2 2
2 2
kondkayu kondkayu
Q Q
- Besar konduksi aluminium pada sisi atas lemari pendingin
watt 586,50064
003 ,
205 ,
24 536
, 31
5 ,
47 ,
74 ,
2
1 2
1 2
min
kondgoni ium
alu
Q Q
Universitas Sumatera Utara
watt 232,2656
1 003
, 205
, 24
536 ,
31 5
, 1
47 ,
74 ,
2
2 2
2 2
kondgoni kondgoni
Q Q
4.2.3 Beban Pendingin Akibat Terjadinya Radiasi Perhitungan radiasi dapat dilakukan dengan menggunakan data- data
sebagai berikut. -
ε
goni
= emisivitas goni = 0,77 -
ε
kayu
= emisivitas kayu = 0,82 -
σ = konstanta Stefan- Boltzman = 5,67 x 10
-8
Wm
2
. K
4
- p
kayu
= panjang kayu lemari = 0,47 m - l
kayu
= lebar kayu lemari = 0,52 m - t
kayu
= tinggi kayu lemari = 1,5 m - L
kayu
= tebal kayu lemari = 0,035 m - p
triplek
= panjang kayu triplek = 0,45 m - l
triplek
= lebar kayu triplek = 0,5 m - t
triplek
= tinggi kayu triplek = 0,01 m - p
goni
= panjang goni = 0,45 m - l
goni
= lebar goni = 0,53 m - t
goni
= tinggi goni = 1,7 m - L
goni
= tebal goni = 0,001 m
Perhitungan besar radiasi yang terjadi pada lemari pendingin diitung dengan persamaan 2-10.
- Besar radiasi kayu pada sisi kiri dan kanan dinding lemari
watt Q
Q
radkayu radkayu
001493625 ,
4135 ,
24 205
, 25
5 ,
1 53
, 5
, 1
52 ,
10 67
, 5
82 ,
2
1 4
4 8
1
- Besar radiasi goni pada sisi kiri dan kanan dinding lemari
watt Q
Q
radgoni radgoni
00359686 ,
4135 ,
24 205
, 25
5 ,
1 53
, 10
67 ,
5 77
, 2
1 4
4 8
1
- Besar radiasi kayu pada sisi depan dan belakang dinding lemari
Universitas Sumatera Utara
watt Q
Q
radkayu radkayu
0003011341 ,
4135 ,
24 205
, 25
5 .
1 53
, 5
. 1
52 ,
10 67
, 5
82 ,
2
3 4
4 8
3
- Besar radiasi goni pada sisi depan dan belakang dinding lemari
watt Q
Q
radgoni radgoni
002714614 ,
4135 ,
24 205
, 25
5 ,
1 4
, 10
67 ,
5 77
, 2
3 4
4 8
3
- Besar radiasi kayu pada sisi atas lemari pendingin
watt Q
Q
radkayu radkayu
5 1
2 4
4 8
1 2
10 6979
, 2
4135 ,
24 205
, 25
01 ,
52 ,
10 67
, 5
82 ,
2
watt Q
Q
radkayu radkayu
5 2
2 4
4 8
2 2
10 1134
, 2
4135 ,
24 205
, 25
01 ,
47 ,
10 67
, 5
82 ,
2
- Besar radiasi goni pada sisi atas lemari pendingin
watt Q
Q
gki gki
5 1
2 tan
4 4
8 1
2 tan
10 x
1,65257 4135
, 24
205 ,
25 5
. 1
53 ,
10 67
, 5
77 ,
2
watt Q
Q
radgoni radgoni
5 2
2 4
4 8
2 2
10 381516
, 1
4135 ,
24 205
, 25
5 ,
1 4
, 10
67 ,
5 77
, 2
4.2.4 Analisa Performansi di luar Ruangan Data yang diperlukan untuk menganalisa performansi lemari
pendingin pada saat pengujian di luar ruangan yaitu temperatur lingkungan,kelembaban relatif udara dan intensitas radiasi yang diperoleh dari
Data HOBO dan temperatur dalam lemari pendingin yang diperoleh dari Data Termokopel Cole-Parmer 18200-40.
Tabel 4.2 Tabel Performansi Lemari Pendingin di Luar Ruangan
TANGGAL EFISIENSI
TEMPERATUR LINGKUNGAN
C KELEMBABAN
RELATIF RADIASI
INTENSITAS Wm
2
KALOR DALAM
LEMARI Watt
12 Januari 4,22
32,37405556 83,10
208,57 1106,34
13 Januari 4,25
30,66819444 89,69
155,53 1045,59
14 Januari 4,94
30,06825342 90,26
144,49 956,62
15 Januari 4,51
31,25628796 86,64
165,83 954,05
16 Januari 3,94
32,76208796 82,48
228,63 1013,81
Universitas Sumatera Utara
4.2.5 Analisa Performansi di dalam Ruangan Data yang diperlukan untuk menganalisa performansi lemari pendingin pada
saat pengujian di dalam ruangan yaitu temperatur ruangan,dan temperatur dalam lemari pendingin yang semuanya diperoleh dari Data Termokopel Cole-Parmer
Tabel 4.3 Tabel Performansi Lemari Pendingin di dalam Ruangan
4.3 Total Beban Pendingin dan Efisiensi
Kategori